Новые странности «странного металла»

0
160
views

Учёные из Технологического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology), расположенного в г. Гётеборг, Швеция, обнаружили новое удивительное поведение «странного металла» в высокотемпературных сверхпроводниках. Это открытие представляет собой важную часть головоломки для понимания свойств этих материалов, и результаты исследований были опубликованы в ведущем научном журнале Science.

Сверхпроводимость, при которой электрический ток передается без потерь, представляет огромный потенциал для зелёных технологий. Например, если бы сверхпроводимость можно было заставить работать при достаточно высоких температурах, она могла бы обеспечить транспортировку энергии из возобновляемых источников без потерь на большие расстояния. Изучение этого явления является целью области исследований высокотемпературной сверхпроводимости. В настоящее время рекорд составляет -130°C, что может показаться не очень высокой температурой, но это по сравнению со стандартными сверхпроводниками, которые работают только при температуре ниже -230°C. Несмотря на то, что стандартная сверхпроводимость хорошо изучена, некоторые аспекты высокотемпературной сверхпроводимости всё ещё остаются загадкой, которую предстоит решить. Недавно опубликованные результаты исследования сосредоточены на наименее понятном свойстве – на состоянии так называемого «странного металла», возникающем при температурах выше, чем те, при которых происходит явление сверхпроводимости.

По мнению г-жи Флорианы Ломбарди (Floriana Lombardi), профессора лаборатории физики квантовых устройств (Quantum Device Physics Laboratory) факультета микротехнологии и нанонауки (Microtechnology and Nanoscience) в Чалмерском университете, это состояние «странного металла» очень удачно названо. Материалы действительно ведут себя очень необычно, и это остается чем-то вроде загадки для исследователей. Проведенное исследование теперь предлагает новое понимание этого явления. Благодаря новым экспериментам получена важная новая информация о том, как работает странное состояние металла.

Полагают, что это состояние основано на квантовомеханической запутанности. Странный металл получил своё название, поскольку его поведение при прохождении электричества, на первый взгляд, слишком простое. В обычном металле на электрическое сопротивление влияет множество различных процессов – электроны могут сталкиваться с атомной решеткой, с примесями или сами с собой, и каждый процесс имеет различную температурную зависимость. Это значит, что в результате общее сопротивление становится сложной функцией температуры. Это резко контрастирует с тем, что сопротивление странных металлов является линейной функцией температуры, означая прямую линию от самых низких достижимых температур до точки плавления материала.

Как полагает г-н Ульф Гран (Ulf Gran), профессор отделения физики элементарных частиц, высоких энергий и плазмы (Division of Subatomic, High-Energy and Plasma Physics) физического факультета (Department of Physics) Чалмерского университета, такое простое поведение требует простого объяснения, основанного на убедительном принципе, и для этого типа квантовых материалов таким принципом считается квантовая запутанность. Квантовая запутанность – это то, что Эйнштейн называл «жутким дальнодействием» (наблюдаемые эффекты при квантовой запутанности) и то, что представляет собой способ взаимодействия электронов, не имеющий аналогов в классической физике. Чтобы объяснить алогичные свойства странного металлического состояния, все частицы должны быть запутаны друг с другом, что приводит к «супу» из электронов, в котором невозможно различить отдельные частицы, и который представляет собой совершенно новую форму материи.

Главный вывод опубликованной в журнале Science статьи стоит в том, что авторы обнаружили то, что убивает странное состояние металла. В высокотемпературных сверхпроводниках волны зарядовой плотности, представляющие собой стоячие волны электронной плотности (их можно представить как, например, чередующие полосы положительного и отрицательного заряда), генерируемые электронами в решетке материала, возникают при прерывании странной металлической фазы. Для изучения этой связи с волнами зарядовой плотности наноразмерные образцы сверхпроводящего оксида иттрия-бария-меди были подвергнуты деформации для подавления волн зарядовой плотности. Это затем привело к повторному появлению странного состояния металла. Подвергая металл напряжению, учёные смогли таким образом расширить состояние странного металла до области, в которой ранее доминировали волны зарядовой плотности, что сделало «странный металл» еще более странным.

Самые высокие температуры для перехода в сверхпроводящее состояние были обнаружены, когда странная фаза металла была наиболее явно выражена. Понимание этой новой фазы вещества, таким образом, является крайне важным для того, чтобы можно было создавать новые материалы, демонстрирующие сверхпроводимость при ещё более высоких температурах, как полагает профессор Флориана Ломбарди.

В работе учёных показана чёткая связь между появлением волн зарядовой плотности и прерыванием странного состояния металла – потенциально важный ключ к пониманию этого феномена, а также то, что может представлять наиболее поразительное свидетельство квантовомеханических принципов на макромасштабном уровне. Полученные результаты также определяют новые направления исследований с использованием контроля деформации для манипуляций с квантовыми материалами.

Представленный рисунок иллюстрирует странную фазу металла и волны зарядовой плотности.

Исследования проведены учёными из Технологического университета Чалмерса совместно с исследователями из Миланского политехнического университета (Politecnico di Milano), Римского университета Ла Сапиенца (University La Sapienza), Бранденбургского технического университета (Brandenburg University of Technology) и расположенного в Гренобле, Франция, совместного исследовательского Европейского центра синхротронного излучения (European Synchrotron facility – ESRF).

Источник: RusCable.Ru

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here